高中物理必修二知识点总结(人教版)

.第五章平抛运动 5-1曲线运动 &运动的合成与分解一、曲线运动1. 定义： 物体运动轨迹是曲线的运动。2. 条件： 运动物体所受合力的方向跟它的速度方向不在同一直线上。3. 特点： 方向：某点瞬时速度方向就是通过这一点的曲线的切线方向。运动类型：变速运动（速度方向不断变化）。f 合0，一定有加速度a。f 合方向一定指向曲线凹侧。f 合可以分解成水平和竖直的两个力。4. 运动描述蜡块运动;.vyvpvx涉及的公式：22vvxvyvy蜡块的位置tanvx二、运动的合成与分解1. 合运动与分运动的关系：等时性、独立性、等效性、矢量性。2. 互成角度的两个分运动的合运动的判断：两个匀速直线运动的合运动仍然是匀速直线运动。速度方向不在同一直线上的两个分运动，一个是匀速直线运动，一个是匀变速直线运动，其合运动是匀变速 曲线运动， a 合为分运动的加速度。两初速度为 0 的匀加速直线运动的合运动仍然是匀加速直线运动。两个初速度不为0 的匀加速直线运动的合运动可能是直线运动也可能是曲线运动。当两个分运动的初速度的和速度方向与这两个分运动的和加速度在同一直线上时，合运动是匀变速直线运动，否则即为曲线运动。三、有关“曲线运动”的两大题型（一）小船过河问题模型一： 过河时间 t 最短：模型二： 直接位移 x 最短：模型三： 间接位移 x 最短：v 船vdv 水vv 船v 船av 水v 船 ddv 水当 v 水v 船 时， xdv水 l ，t m ind， xvdsin当 v 水v 船时， x mimni=n d，cosv船d船t船vtv 船d sin， cosv 船tanv 水cosv 船sinv 水v 水lsmin( v水 - v船vc船os)v船sin. 触类旁通 1 (2011年上海卷 ) 如图 5 4 所示，人沿平直的河岸以速度 v行走，且通过不可伸长的绳拖船，船沿绳的方向行 进此过程中绳始终与水面平行，当绳与河岸的夹角为时，船的速率为（ c）。a. v sinb. v sinc. v cosd. cos解析： 依题意，船沿着绳子的方向前进，即船的速度总是沿着绳子的，根据绳子两端连接的物体在绳子方向上的投影速度相同，可知人的速度v在绳子方向上的分量等于船速，故v 船v cos ，c 正确2 (2011年江苏卷 ) 如图 5 5 所示，甲、乙两同学从河中o 点出发，分别沿直线游到a点和 b点后，立即沿原路线返回到o 点，oa、ob 分别与水流方向平行和垂直，且 oaob.若水流速度不变， 两人在静水中游速相等，则他们所用时间t甲、t 乙的大小关系为 (c)a t 甲t 乙d无法确定甲解析： 设游速为 v，水速为 v0，oaobl，则 tll；vv0v v0乙沿 ob 运动，乙的速度矢量图如图4 所示，合速度必须沿ob 方向，则 t2l乙2v2，联立v0解得 t 甲t 乙，c 正确（二）绳杆问题 ( 连带运动问题 )1、实质：合运动的识别与合运动的分解。2、关键：物体的实际运动是合速度，分速度的方向要按实际运动效果确定；沿绳（或杆）方向的分速度大小相等。模型四： 如图甲，绳子一头连着物体b，一头拉小船 a，这时船的运动方向不沿绳子。bo ov1vaavav2甲乙处理方法： 如图乙，把小船的速度va 沿绳方向和垂直于绳的方向分解为v 1 和 v2 ， v1 就是拉绳的速.度， va 就是小船的实际速度。 触类旁通 如图，在水平地面上做匀速直线运动的汽车，通过定滑轮用绳子吊起一个物体，若汽车和被吊物体在同一时刻的速度分别为v1和 v2 ，则下列说法正确的是 ( c ） a物体做匀速运动，且v 2v1 b 物体做加速运动，且v 2v1c物体做加速运动，且v 2v1d 物体做减速运动，且v 2r ，联立式解得r 47 43. 5-3圆周运动 &向心力 &生活中常见圆周运动一、匀速圆周运动1. 定义： 物体的运动轨迹是圆的运动叫做圆周运动，物体运动的线速度大小不变的圆周运动即为匀速圆周运动。2. 特点： 轨迹是圆；线速度、加速度均大小不变，方向不断改变，故属于加速度改变的变速曲线运动，匀速圆周运动的角速度恒定；匀速圆周运动发生条件是质点受到大小不变、方向始终与速度方向垂直的合外力；匀速圆周运动的运动状态周而复始地出现，匀速圆周运动具有周期性。3. 描述圆周运动的物理量：（1） 线速度 v 是描述质点沿圆周运动快慢的物理量，是矢量；其方向沿轨迹切线，国际单位制中单位符号是 m/s，匀速圆周运动中， v 的大小不变，方向却一直在变；（2） 角速度 是描述质点绕圆心转动快慢的物理量，是矢量；国际单位符号是rad s；（3） 周期 t 是质点沿圆周运动一周所用时间，在国际单位制中单位符号是s；（4） 频率 f 是质点在单位时间内完成一个完整圆周运动的次数，在国际单位制中单位符号是hz；（5） 转速 n 是质点在单位时间内转过的圈数，单位符号为r/s ，以及 r/min 4. 各运动参量之间的转换关系：vr2r t2nr变形v22rtn,t2r.v5. 三种常见的转动装置及其特点：模型一： 共轴传动模型二: 皮带传动模型三： 齿轮传动raaobar1rorbo rr2b, var ,ttvavb ,r, tbrvv, tar1n1bbvrabab bartarabb22atrn 触类旁通 1 、一个内壁光滑的圆锥形筒的轴线垂直于水平面， 圆锥筒固定， 有质量相同的小球 a和 b沿着筒的内壁在水平面内做匀速圆周运动， 如图所示， a 的运动半径较大，则 ( ac )aa 球的角速度必小于b球的角速度ba 球的线速度必小于b球的线速度ca 球的运动周期必大于b球的运动周期da 球对筒壁的压力必大于b球对筒壁的压力解析： 小球 a、b 的运动状态即运动条件均相同，属于三种模型中的皮带传送。则可以知道，两个小球的线速度v 相同， b错；因为 rarb，则ab,t atb,a.c 正确；又因为两小球各方面条件均相同，所以，两小球对筒壁的压力相同，d错。所以 a、c正确。2、两个大轮半径相等的皮带轮的结构如图所示，ab两点的半径之比为2 : 1，cd两点的半径之比也为2 : 1，则 abcd四点的角速度之比为11 2 2，这四点的线速度之比为21 4 2。二、向心加速度1. 定义： 任何做匀速圆周运动的物体的加速度都指向圆心，这个加速度叫向心加速度。注：并不是任何情况下，向心加速度的方向都是指向圆心。当物体做变速圆周运动时，向心加速度的一个分加速度指向圆心。2. 方向： 在匀速圆周运动中，始终指向圆心，始终与线速度的方向垂直。向心加速度只改变线速度的方向而非大小。3. 意义： 描述圆周运动速度方向方向改变快慢的物理量。2v4. 公式： an2rv22r(2n) 2 r.rt5. 两个函数图像：ananorv 一定or 一定 触类旁通 1 、如图所示的吊臂上有一个可以沿水平方向运动的小车 a，a小车下装有吊着物体 b 的吊钩。在小车 a 与物体 b 以相同的水平速度沿吊臂方向匀速运动的同时，吊钩将物体 b 向上吊起。 a、b 之间的距离以d = h 2t 2(si)(si 表示国际单位制，式中 h 为吊臂离地面的高度 ) 规律变化。对于地面的人来说，则物体做 ( ac )速度大小不变的曲线运动b速度大小增加的曲线运动 加速度大小方向均不变的曲线运动加速度大小方向均变化的曲线运动2、如图所示，位于竖直平面上的圆弧轨道光滑，半径为r， ob沿竖直方向， 上端 a 距地面高度为 h，质量为 m的小球从 a 点由静止释放， 到达 b点时的速度为，最后落在地面上 c点处，不计空气阻力，求：(1) 小球刚运动到 b点时的加速度为多大，对轨道的压力多大；(2) 小球落地点 c与 b点水平距离为多少。三、向心力1. 定义： 做圆周运动的物体所受到的沿着半径指向圆心的合力，叫做向心力。2. 方向： 总是指向圆心。v23. 公式： fnmrm2 rmv2m2r tm(2n) 2 r .4. 几个注意点： 向心力的方向总是指向圆心，它的方向时刻在变化，虽然它的大小不变，但是向心力也是变力。在受力分析时，只分析性质力，而不分析效果力，因此在受力分析是， 不要加上向心力。描述做匀速圆周运动的物体时，不能说该物体受向心力，而是说该物体受到什么力，这几个力的合力充当或提供向心力。四、变速圆周运动的处理方法1. 特点： 线速度、向心力、向心加速度的大小和方向均变化。2. 动力学方程： 合外力沿法线方向的分力提供向心力：力产生切线加速度： ft=mat。3. 离心运动：v2fnmr2m2 r。合外力沿切线方向的分（1） 当物体实际受到的沿半径方向的合力满足f 供=f 需=m=m2 r 时，物体做离心运动。r时，物体做圆周运动；当f 供f 需（2） 离心运动并不是受“离心力”的作用产生的运动，而是惯性的表现，是f 供grmv2若 f0，则 mgr，vgrv2直平面内转动以是支持力若 f 向下，则 mg fmr，vgr.若 f 向上，则 mg f 则 0vgrmv 2r或 mg f0，小球在竖直细管内管对球的弹力fn 可以向上也可以向依据 mg mv 20r判断，若 vv0 ，fn0；若转动球壳外的小球下在最高点时弹力 fn 的方向向上vv 0， fn 向下如果刚好能通过球壳的最高点a，则 va0，fnmg如果到达某点后离开球壳面， 该点处小球受到壳面的弹力 fn0，之后改做斜抛运动，若在最高点离开则为平抛运动六、有关生活中常见圆周运动的涉及的几大题型分析（一）解题步骤：明确研究对象；定圆心找半径；对研究对象进行受力分析；对外力进行正交分解；列方程：将与和物体在同一圆周运动平面上的力或其分力代数运算后，另得数等于向心力；解方程并对结果进行必要的讨论。（二）典型模型：i 、圆周运动中的动力学问题谈一谈： 圆周运动问题属于一般的动力学问题，无非是由物体的受力情况确定物体的运动情况， 或者由物体的运动情况求解物体的受力情况。解题思路就是，以加速度为纽带，运用那个牛顿 第二定律和运动学公式列方程，求解并讨论。模型一： 火车转弯问题：fna、涉及公式： f合v2mgtanmgsinrghmg h lf合mf 合l0 ，由得： v。0rlb、分析： 设转弯时火车的行驶速度为v，则：h（1）若 vv 0，外轨道对火车轮缘有挤压作用；mg22;.a、涉及公式： mgfnmv,所以当 f rmgmv rmg，n此时汽车处于失重状态，而且v 越大越明显，因此汽车过拱桥时不.模型二： 汽车过拱桥问题： 触类旁通 1 、铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的，已知内外轨道平面与水平面的倾角为， 如图所示，弯道处的圆弧半径为r，若质量为 m的火车转弯时速度小于，则 ( a )a内轨对内侧车轮轮缘有挤压b外轨对外侧车轮轮缘有挤压c这时铁轨对火车的支持力等于d这时铁轨对火车的支持力大于解析： 当内外轨对轮缘没有挤压时，物体受重力和支持力的合力提供向心力，此时速度为grtan。2、如图所示，质量为m的物体从半径为r的半球形碗边向碗底滑动，滑倒最低点时的速度为v。若物体滑倒最低点时受到的摩擦力是f ，则物体与碗的动摩擦因数 为（ b）。a、 fb、frc、frd、 frmgmgrmv2mgrmv2mv2v22v解析： 设在最低点时，碗对物体的支持力为f，则 fmgmam，解得 frmgm，由rf= f 解得f2，化简得fr，所以 b 正确。mgmv rmgrmv2ii 、圆周运动的临界问题a. 常见竖直平面内圆周运动的最高点的临界问题谈一谈： 竖直平面内的圆周运动是典型的变速圆周运动。对于物体在竖直平面内做变速圆周运动的问题，中学物理只研究问题通过最高点和最低点的情况，并且经常出现有关最高点的临界问题。;.模型三： 轻绳约束、单轨约束条件下，小球过圆周最高点：（注意： 绳对小球只能产生沿绳收缩方向的拉力.）（1） 临界条件：小球到达最高点时，绳子的拉力或单轨vv的弹力刚好等于0，小球的重力提供向心力。即：绳2ov临界mgmvgr 。rvr临界（2） 小球能过最高点的条件：vgr.当vgr时，绳对球产生向下的拉力或轨道对球产生向下的压力。模型四： 轻杆约束、双轨约束条件下，小球过圆周最高点：vgr（ 1）临界条件：由于轻杆和双轨的支撑作用，小球恰能到达最vv杆高点的临街速度v临界0.甲当 v乙gr 时， fn=0；（2） ）如图甲所示的小球过最高点时，轻杆对小球的弹力情况：当 v=0 时，轻杆对小球有竖直向上的支持力fn，其大小等于小球的重力，即fn=mg ；0vgr当 vgr 时，轻杆对小球有指向圆心的拉力，其大小随速度的增大而增大。（3） 如图乙所示的小球过最高点时，光滑双轨对小球的弹力情况：0fnmg当 v=0时，轨道的内壁下侧对小球有竖直向上的支持力fn，其大小等于小球的重力，即fn=mg ；当 0vgr 时，轨道的内壁下侧对小球仍有竖直向上的支持力fn，大小随小球速度的增大而减小，其取值范围是0fnmg ；当 vgr 时， fn=0；模型五： 小物体在竖直半圆面的外轨道做圆周运动：vgr两种情况：（ 1）若使物体能从最高点沿轨道外侧下滑，物体在最高点的速度v的限制条件是 v;.vgrgr. 触类旁通 1 、如图所示，质量为 0.5 kg 的小杯里盛有 1 kg 的水，用绳子系住小杯在竖直平面内做“水流星”表演，转动半径为 1 m，小杯通过最高点的速度为 4 m/s ， g 取 10 m/s2 ，求：(1) 在最高点时，绳的拉力？(2) 在最高点时水对小杯底的压力？(3) 为使小杯经过最高点时水不流出,在最高点时最小速率是多少? 答案： (1)9 n ，方向竖直向下； (2)6 n ，方向竖直向上； (3)m/s = 3.16 m/s2、如图所示，细杆的一端与一小球相连，可绕过o点的水平轴自由转动，现给小球一初速度，使其做圆周运动，图中a、b 分别表示小球轨道的最低点和最高点，则杆对球的作用力可能是(ab)a a 处为拉力， b 处为拉力ba 处为拉力， b 处为推力c a 处为推力， b 处为拉力da 处为推力， b 处为推力3、如图所示， lmpq是光滑轨道， lm水平，长为 5m，mpq是一半.boqaop径;.r=1.6m的半圆， qom在同一竖直面上，在恒力f 作用下，质a量m=1kg的物体 a 从 l 点由静止开始运动， 当达到 m时立即停f止用力，欲使 a刚好能通过 q点，则力 f 大小为多少？（取g=10ml/s2）m解析： 物体 a 经过 q时，其受力情况如图所示：v2q由牛顿第二定律得：mgfnmfnrmgop物体 a刚好过 a时有 fn=0；解得 vgr4m/ s ，对物体从 l 到 q全过程，由动能定理得：flm2mgr1 mv22m，解得 f=8n。b. 物体在水平面内做圆周运动的临界问题谈一谈： 在水平面内做圆周运动的物体，当角速度变化时，物体有远离或向着圆心运动（半径变化）的趋势。这时要根据物体的受力情况判断物体所受的某个力是否存在以及这个力存在 时方向如何（特别是一些接触力，如静摩擦力、绳的拉力等）。模型六： 转盘问题n处理方法： 先对 a 进行受力分析，如图所示，注意在分析时不能忽略摩擦力，当aof然，如果说明盘面为光滑平面，摩擦力就可以忽略了。受力分析完成后，可以发mg现 支 持 力n与mg相 互 抵 销 ， 则 只 有f充 当 该 物 体 的 向 心 力 ， 则 有等效为2fvmm2等效处理： orm( 2) 2 rm(2n) 2 rfmg b 绕着 o 经长为 r 的轻绳或r可以看作一t 只手或一个固定转动点，or【综合应用】b轻杆的牵引做着圆周运动。还是先对b 进行受力分析，发现，上图的f 在此图中可等效为绳或杆对小球的拉力，则将f 改为 f即可，根据题意求出f带入公1、如图所示，按顺时针方向在竖直2 平面内做匀速转动的轮子其边缘上有一点a，当 a通过与v圆心等高的 a处时，有一f质点m从m圆2心r2om() 2 rm( 2n) 2 rf已知轮子的半径为r，求：b处开始做自由落体运动拉 rt(1) 轮子的角速度 满足什么条件时，点a才能与质点 b相遇？(2) 轮子的角速度 满足什么条件时，点a与质点 b的速度才有可能在某时刻相同？.解析： (1) 点 a只能与质点 b在 d处相遇，即轮子的最低处，则点a从 a处转到 d处所转3过的角度应为 2n 2，其中 n 为自然数1由 h gt22 知，质点 b 从 o点落到 d 处所用的时间为t 2rg ，则轮子的角速度应满足条件(2 n 3 g ，其中 n 为自然数t2)2r(2) 点 a与质点 b的速度相同时，点a的速度方向必然向下，因此速度相同时，点a必然运动到了 c处，则点 a运动到 c处时所转过的角度应为 2n ，其中 n为自然数转过的时间为t (2n1)此时质点 b的速度为 v bgt ，又因为轮子做匀速转动，所以点a的速度为 v a r(2n1)g由 v avb 得，轮子的角速度应满足条件，其中 n 为自然数r2、(2009 年高考浙江理综 ) 某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛比赛路径如下图所示， 赛车从起点 a出发，沿水平直线轨道运动l 后，由 b 点进入半径为 r的光滑竖直圆轨道，离开竖直圆轨道后继续在光滑平直轨道上运动到c点，并能越过壕沟已知赛车质量m0.1 kg，通电后以额定功率 p 1.5 w 工作，进入竖直轨道前受到的阻力恒为0.3 n ，随后在运动中受到的阻力均可不记图中l10.00 m ，r0.32 m ， h1.25 m ， x 1.50 m 问：要使赛车完成比赛，2电动机至少工作多长时间？( 取 g 10 m/s )解析： 设赛车越过壕沟需要的最小速度为v1 ，由平抛运动的规律xvt ，h1gt 2，解得： v xr3 m/s1212h设赛车恰好越过圆轨道，对应圆轨道最高点的速度为v2 ，最低点的速度为 v3，由牛顿第二定律及机械能守恒定律得v22mgm1212r，mv3 mv2mg(2 r)22解得 v35gh4 m/s通过分析比较，赛车要完成比赛，在进入圆轨道前的速度最小应该是vmin4 m/s设电动机工作时间至少为t ，根据功能关系pt f l12 ，由此可得 t 2.53 s.fmvmin23、如下图所示， 让摆球从图中 a 位置由静止开始下摆， 正好到最低点b 位置时线被拉断设摆线长为l 1.6 m ，摆球的质量为0.5kg ，摆线的最大拉力为 10n，悬点与地面的竖直高度为h=4m，不计空气阻力， g 取 10m/s2。求：（1） 摆球着地时的速度大小 （ 2）d到 c的距离。 解析：（1）小球刚摆到 b 点时，由牛顿第二定律可知：v2bfmmgmb ，由并带入数据可解的：v l4m/ s ，小球离开 b后，做平抛运动 .竖直方向： hl1 gt 2 ，落地时竖直方向的速度：vvvy2gt 落地时的速度大小：v22 ，由得：v8m/ s.by（2） 落地点 d到 c的距离 svb t83m.5第六章万有引力与航天 6-1开普勒定律一、两种对立学说（了解）1. 地心说：（1）代表人物：托勒密； （ 2）主要观点：地球是静止不动的，地球是宇宙的中心。2. 日心说：（1）代表人物：哥白尼； （ 2）主要观点：太阳静止不动，地球和其他行星都绕太阳运动。二、开普勒定律1. 开普勒第一定律（轨道定律） ：所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。2. 开普勒第二定律（面积定律） ：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积。此定律也适用于其他行星或卫星绕某一天体的运动。3. 开普勒第三定律（周期定律） ：所有行星轨道的半长轴r的三次方与公转周期t 的二次方的比a3值都相同，即2tk, k 值是由中心天体决定的。通常将行星或卫星绕中心天体运动的轨道近似为圆，则半长轴a 即为圆的半径。我们也常用开普勒三定律来分析行星在近日点和远日点运动速率的大小。 牛刀小试 1 、关于“地心说”和“日心说”的下列说法中正确的是( ab )。 a地心说的参考系是地球b日心说的参考系是太阳 c地心说与日心说只是参考系不同，两者具有等同的价值d日心说是由开普勒提出来的2、开普勒分别于1609 年和 1619 年发表了他发现的行星运动规律，后人称之为开普勒行星运动定律。关于开普勒行星运动定律，下列说法正确的是( b ) a所有行星绕太阳运动的轨道都是圆，太阳处在圆心上 b对任何一颗行星来说，离太阳越近，运行速率就越大 c在牛顿发现万有引力定律后，开普勒才发现了行星的运行规律 d开普勒独立完成了观测行星的运行数据、整理观测数据、发现行星运动规律等全部工作 6-2万有引力定律一、万有引力定律1. 月地检验： 检验人：牛顿；结果：地面物体所受地球的引力，与月球所受地球的引力都是同一种力。2. 内容： 自然界的任何物体都相互吸引，引力方向在它们的连线上，引力的大小跟它们的质量m1 和 m2 乘积成正比，跟它们之间的距离的平方成反比。3. 表达式： fg m1m2 ， gr 26.6710 11 nm2 / kg 2 (引力常量 ).4. 使用条件： 适用于相距很远，可以看做质点的两物体间的相互作用，质量分布均匀的球体也可用此公式计算，其中r 指球心间的距离。5. 四大性质：普遍性：任何客观存在的有质量的物体之间都存在万有引力。相互性：两个物体间的万有引力是一对作用力与反作用力，满足牛顿第三定律。宏观性：一般万有引力很小，只有在质量巨大的星球间或天体与天体附近的物体间，其存在才有意义。特殊性：两物体间的万有引力只取决于它们本身的质量及两者间的距离，而与它们所处环境以及周围是否有其他物体无关。6. 对 g的理解： g是引力常量，由卡文迪许通过扭秤装置测出，单位是g在数值上等于两个质量为1kg 的质点相距 1m时的相互吸引力大小。nm2 / kg 2 。g的测定证实了万有引力的存在，从而使万有引力能够进行定量计算，同时标志着力学实验精密程度的提高，开创了测量弱相互作用力的新时代。 牛刀小试 1 、关于万有引力和万有引力定律理解正确的有( b ) a不可能看作质点的两物体之间不存在相互作用的引力b. 可看作质点的两物体间的引力可用f =g m1m2计算r 2c. 由 f =g m1 m2r 2知，两物体间距离r 减小时，它们之间的引力增大，紧靠在一起时，万有引力非常大22d. 引力常量的大小首先是由卡文迪许测出来的，且等于6.67 10 11n m / kg2、下列说法中正确的是( acd ) a总结出关于行星运动三条定律的科学家是开普勒 b总结出万有引力定律的物理学家是伽俐略 c总结出万有引力定律的物理学家是牛顿 d第一次精确测量出万有引力常量的物理学家是卡文迪许7. 万有引力与重力的关系：(1) “黄金代换”公式推导：当gf时，就会有 mggmm r2gmgr 2 。(2) 注意： 重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，但重力不是万有引力。只有在两极时物体所受的万有引力才等于重力。重力的方向竖直向下， 但并不一定指向地心， 物体在赤道上重力最小， 在两极时重力最大。随着纬度的增加，物体的重力减小，物体在赤道上重力最小，在两极时重力最大。物体随地球自转所需的向心力一般很小，物体的重力随纬度的变化很小，因此在一般粗略的计算中，可以认为物体所受的重力等于物体所受地球的吸引力，即可得到“黄金代换”公式。 牛刀小试 设地球表面的重力加速度为g0，物体在距地心4 r(r 为地球半径 ) 处，由于地球的作用而产生的重力加速度为g，则 g g0 为( d )a 16 1b 4 1c 14d 1 168. 万有引力定律与天体运动：(1) 运动性质：通常把天体的运动近似看成是匀速圆周运动。(2) 从力和运动的关系角度分析天体运动：天体做匀速圆周运动运动，其速度方向时刻改变，其所需的向 心力由万有引力提供，即f 需=f 万。如图所示，由牛顿第二定律得：f需ma, f万v2gm m l22，从运动的角度分析向心加速度：2na2 llltgmm( 2 f ) 2 l.v222（3）重要关系式：2lmm2lmltlm(2f ) 2 l. 牛刀小试 1 、两颗球形行星a 和 b 各有一颗卫星a 和 b，卫星的圆形轨道接近各自行星的表面，如果两颗行星的质量之比，半径之比= q ，则两颗卫星的周期之比等于qq 。p2、地球绕太阳公转的角速度为 1，轨道半径为r1，月球绕地球公转的角速度为 2，轨道半径为r2，那么太阳的质量是地球质量的多少倍？解析： 地球与太阳的万有引力提供地球运动的向心力，月球与地球的万有引力提供月球运动的向心力，最后算得结果为231 r1。2 r2m 13、假设火星和地球都是球体，火星的质量m1 与地球质量m2 之比= p；火星的半径r1 与地球的半径r2 之比m 21r1 = q，那么火星表面的引力加速度gr2与地球表面处的重力加速度g2 之比g1 等于 ( a )g 2a. pb p q 2cq2pd p qq9. 计算大考点：“填补法”计算均匀球体间的万有引力：谈一谈： 万有引力定律适用于两质点间的引力作用，对于形状不规则的物体应给予填补，变成一个形状规则、便于确定质点位置的物体，再用万有引力定律进行求解。模型： 如右图所示，在一个半径为r，质量为 m的均匀球体中，紧贴球的边缘挖出一个半径为r/2 的球形空穴后， 对位于球心和空穴中心连线上、与球心相距d 的质点 m的引力是多大？思路分析： 把整个球体对质点的引力看成是挖去的小球体和剩余部分对质点的引力之和，即可求解。根据“思路分析”所述，引力f 可视作 f=f1 +f2：已知fgmm ，因半径为3r / 2的小球质量为m 4r34rm1 m ,d 23232r3 483所以f2m mg2dr2gmm 8 dr22 , f1ff2gmm d 2mmg28 dr2gmm7d 28d 28dr d2r22,r2则挖去小球后的剩余部分对球外质点m的引力为gmm7 d 28d 28dr d2r22。r2 能力提升 某小报登载：年月日，国发射了一颗质量为100kg，周期为 1h 的人造环月球卫星。一位同学记不住引力常量g的1数值且手边没有可查找的材料，但他记得月球半径约为地球的，月41球表面重力加速度约为地球的，经过推理，他认定该报道是则假新63闻，试写出他的论证方案。( 地球半径约为 6.4 10 km)mm42r3证明： 因为 g 2 m2 r， 所以 t 2，rtgmmmgm13r地rr月4又 g 2 mg得 g2 ，故 tmin2 22rrgmg月1g地663r地36.4 10322g地22 9.8s6.2 10 s1.72h 。环月卫星最小周期约为1.72h ，故该报道是则假新闻。 6-3由“万有引力定律”引出的四大考点一、解题思路“金三角”关系：（1） 万有引力与向心力的联系：万有引力提供天体做匀速圆周运动的向心力，即gmm r 22mam v rm2r2m2r tm( 2n)2 r是本章解题的主线索。gmm（2） 万有引力与重力的联系： 物体所受的重力近似等于它受到的万有引力，即2rmg, g 为对应轨道处的重力加速度，这是本章解题的副线索。v222（3） 重力与向心力的联系：mgmr用于已知 g 的特殊情况。二、天体质量的估算模型一：环绕型：m2rmtr, g为对应轨道处的重力加速度，适谈一谈： 对于有卫星的天体，可认为卫星绕中心天体做匀速圆周运动，中心天体对卫星的万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力，利用引力常量g和环形卫星的 v、t、r 中任意两个量进行估算（只能估计中心天体的质量，不能估算环绕卫星的质量）。22已知 r 和 t: g mmm 2r42 r 3m2.rtgt已知 r 和 v: